我国4种主要苹果树形光合能力差异研究

光合作用是影响果树生长发育的重要因素,果实的产量和品质主要取决于树冠内叶片的光合作用分布。本研究主要目的是利用三维树冠光合耦合模型模拟比较我国4种主要苹果树形(小冠疏层形、疏散分层形、纺锤形和开心形)光合能力的三维分布和日变化。试验于2010—2012年在富士苹果(Malus domestica Borkh.cv."Fuji")园进行,通过实测确定三维树冠内叶片和辐射分布,根据不同辐射下叶片最大光合速率经验公式计算叶片净光合速率(Pn)在三维树冠空间内的分布。结果表明,Pn的三维分布和相对辐射相似,在树冠上部变化平缓,在树冠内随辐射的降低而急剧减少;光合总量的分布主要取决于叶面积密度。通过对4种主要苹果树形光合能力分析研究发现,当PAR=1 500μmol.m 2.s 1时,4种树形的Pn分别为:小冠疏层形6.72μmol.m 2.s 1、疏散分层形7.52μmol.m 2.s 1、纺锤形7.24μmol.m 2.s 1、开心形9.88μmol.m 2.s 1。不同树形日光合总量的差异主要与叶面积指数相关;在晴天,单位地面上4种树形的日光合总量分别为:小冠疏层形665.5 mmol.m 2.d 1、疏散分层形791.7 mmol.m 2.d 1、纺锤形752.6 mmol.m 2.d 1、开心形601.1 mmol.m 2.d 1。研究表明,4种苹果树形中开心形树冠Pn高,有利于提高果实品质;而其他3种树形的光合总量大,有利于提高果实产量。     

基于夏玉米冠层内辐射分布的不同层叶面积指数模拟

为了模拟夏玉米冠层内各层叶面积指数垂直分布,光合有效辐射（photosynthetically active radiation, PAR）是研究作物群体光合作用和长势的重要特征参数,阐明冠层内PAR的垂直分布规律与冠层结构等参数之间的相关关系,可为遥感定量反演冠层结构参数提供模型基础。该文基于PAR在冠层内的辐射传输规律结合冠层结构模拟不同太阳高度角的PAR透过率垂直分布模型,并用地面冠层分析仪测量值进行验证,结果表明模型对封垄前玉米抽雄期冠层内PAR透过率垂直分布模拟精度较高。通过不同太阳高度角PAR透过率的垂直分布模型结合消光系数运用不同算法分别反演层叶面积指数（leaf area index, LAI）,并与不同高度层LAI实测值进行比较。结果显示：Bonhomme& Chartier算法反演不同高度层LAI精度较高,上层均方根误差（root mean square error,RMSE）为0.18,中层RMSE为0.55,下层RMSE为0.09。不同太阳高度角反演结果存在差异,30°和45°高度角均能较好地反演下层LAI,RMSE分别为0.11与0.09;30°高度角反演中层LAI精度较高,RMSE为0.30;45°高度角反演上层LAI精度较高,RMSE为0.18。结果表明基于不同太阳高度角构建的层LAI反演模型更适于实现夏玉米不同高度层LAI的遥感估算。该研究可为模拟垄行结构冠层内LAI垂直分布提供参考。     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施.本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射(TPAR)、叶面积指数(LAI)、冠层截获的光合有效辐射(IPAR)等的变化及播期对冬小麦产量的影响.结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大.小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872.小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异.因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产.     

播期和播量对冬小麦冠层光合有效辐射和产量的影响

小麦适期播种不仅是达到全苗壮苗的关键, 还有利于小麦健壮生长发育, 是提高小麦单产的重要措施。本试验研究了不同播期和播量条件下小麦冠层底部光合有效辐射（TPAR）、叶面积指数（LAI）、冠层截获的光合有效辐射（IPAR）等的变化及播期对冬小麦产量的影响。结果表明, 叶面积指数和冠层截获的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而降低, 小麦冠层底部的光合有效辐射随小麦播种时间的推迟而增大。小麦冠层截获的光合有效辐射与叶面积指数呈显著正相关, 相关系数为0.756; 冠层底部的光合有效辐射与叶面积呈显著负相关, 相关系数为-0.872。小麦产量虽然随播期的推迟呈递减趋势, 但10月20日之前播种的小麦产量间无显著差异。因此, 在冬小麦和夏玉米一年两熟区, 可相应推迟小麦的播种时间, 尽量延长上茬玉米的生长期, 以实现两茬作物的均衡增产。     

氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量

为揭示不同氮、磷施用量及配合翻压适量紫云英入田对早稻冠层特性和产量的影响,在7个施氮、3个施磷及2个不施氮/磷水平下,开展早稻全生育期叶面积指数LAI、冠层光合有效辐射PAR传输特性、叶片叶绿素SPAD值、生育后期剑叶净光合速率Pn及产量的试验观测。结果表明,氮磷调控可显著影响早稻LAI、叶片叶绿素含量和叶片光合速率,进而通过调节LAI影响冠层PAR传输特性,最终表现为产量上的差异。缺氮对早稻的影响显著高于缺磷,但在施肥充足时,磷肥对产量的影响比氮肥更加显著。早稻冠层特性和产量随氮、磷施用量的增加表现出边际递减效应,当施用量超过某一值时出现拐点,最终表现为产量的下降。在赣抚平原灌区,187.5~225 kg/hm2施氮量和60~120 kg/hm2施磷量以及翻压15 000 kg/hm2紫云英鲜草入田可有效提高早稻LAI和冠层PAR截获率In以及叶片叶绿素含量,维持剑叶生长期内较高的净光合速率Pn,获得高产。     

苹果树冠不同部位叶片结构、内含物和模拟光合能力的比较

以富士苹果(Malus domestica Borkh.cv.‘Fuji’)树冠不同部位叶片为试材,对其解剖结构、内含物和光合能力进行了比较研究。苹果叶片光合速率对小气候因子的响应是根据C3植物光合机理模型模拟,其中气孔导度由气孔的半机理模型模拟。结果表明,树冠中、上部叶片比下部叶片分别厚31.8%和37.0%,栅栏组织分别厚44.8%和62.7%;中、上部叶片的叶绿素含量比下部叶分别高18.0%和20.6%,可溶性糖分别高25.2%和38.8%,脯氨酸分别高11.7%和29.0%。树冠不同部位叶片光合能力差异和叶片结构及叶绿素等内含物差异一致。苹果叶片净光合速率的变化主要由光合有效辐射的变化引起,同时对CO2浓度的变化也非常敏感。模拟显示,从树冠上部到下部,叶片净光合总量晴天从约400mmol·m-2·d-1减少到130mmol·m-2·d-1,减少67%,阴天从约170mmol·m-2·d-1减少到22mmol·m-2·d-1,减少87%,叶片的最大光合速率相应减少67%。     

冬小麦-春玉米间作模式下光合有效辐射特性研究

通过对单作和间作种植模式下作物冠层入射和透射光合有效辐射的观测,研究了不同种植模式下冠层光合有效辐射截获量(IPAR)的日变化规律及其与叶面积指数的关系以及冬小麦对预留行的遮荫作用。结果表明:2种种植模式下光合有效辐射截获量日变化均为双峰曲线;叶面积指数<2时,间作冬小麦日平均光合有效辐射截获量约为单作的50%,叶面积指数>2时,2种种植模式下的日平均光合有效辐射截获量相近;2种种植模式下光合有效辐射截获量与叶面积指数均有较好的相关性;间作冬小麦预留行遮荫率(FS)的日变化为双峰曲线,遮荫率与株高(H)有很好的相关性。     

合理密植对不同株型烤烟冠层结构及光合生产特性的影响

【目的】研究不同耐密性烤烟对密植的综合响应,为鉴选耐密品种及烤烟合理密植提供理论参考。【方法】采用两因素裂区试验设计,以云烟97 (塔形,低耐密)、NC71 (腰鼓形,中等耐密)、K326 (筒形,高耐密) 3类株型烤烟为主区,4个种植密度(13890、15150、16660、18510株/hm^2)为裂区,阐明不同株型烤烟农艺性状、冠层结构、物质积累、产量及构成对密植的响应规律。【结果】密植条件下(15150、16660、18510株/hm^2),烤烟株高显著增加,最大叶叶位明显下降,并逐渐表现为"高瘦"形态。品种因素对株高和最大叶叶位影响显著,不同品种间茎围无显著差异。随种植密度的增加,烤烟群体叶面积系数(LAI)呈增加趋势,尤其是耐密品种NC71和K326的LAI显著增加,不同密度间K326品种LAI空间分布变异最低。密植主要通过提高群体干物质生产力(单位面积有效叶片数)弥补单株生产力(上中等烟率、单叶重)的不足,从而获得结构性增产。云烟97品种群体产量以16660株/hm^2时最高,平均较对照(13890株/hm^2)显著增加15.51%;NC71品种群体产量以16660株/hm^2和18510株/hm^2间无明显差异,较对照分别显著增加17.61%和19.37%;K326密植效应最大,以18510株/hm^2群体产量最高,比对照提高24.51%。成熟期云烟97单株干物质在15150株/hm^2后持续下降,降幅范围为8.41%～21.08%,NC71和K326品种则在密度为16660株/hm^2时有显著降低。合理密植可发挥烤烟群体结构性增产潜力,紧凑品种(NC71、K326)的高耐密性表现为个体生理对密植响应迟钝,从而获得功能性增产。【结论】合理密植可充分发挥烤烟群体结构性增产潜力,不同品种耐密性差异主要表现为个体功能对密植响应的迟钝性强弱,本试验条件下,K326、NC71、云烟97品种密植分别为18510株/hm^2、16660株/hm^2、15150～16660株/hm^2时,可实现烤烟群体结构和个体功能平衡。     

Radiation use efficiency of winter wheat in different planting patterns and irrigation frequencies in the North China Plain

Winter wheat grain yield is connected with radiation use efficiency (RUE). A suitable planting pattern and irrigation strategy are essential for optimizing RUE. In order to investigate the effects of planting patterns and irrigation frequency on winter wheat RUE, a field study was conducted with two planting patterns and three irrigation frequencies. The two planting patterns were wide-precision (WP) and conventional-spacing (CS). The three irrigation frequencies were irrigated 120 mm at jointing stage, 60 mm each at jointing and heading stages, and 40 mm each at jointing, heading, and milk stages. The results showed leaf area index (LAI) was significantly (P < 0.05) higher in WP than in CS. In addition, the LAI in WP decreased with the increase in irrigation frequency. Under the same irrigation frequency, the photosynthetic active radiation (PAR) interception and dry matter were higher in WP than in CS. In WP, reduced irrigation frequency significantly increased the PAR interception at 60 cm above the ground surface. The largest grain yield and highest RUE was found in WP when plants were irrigated twice. The results indicate WP in combination with irrigated 60 mm each at jointing and heading stages maximized the winter wheat grain yield and RUE.